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Untersuchung der Auswahlmöglichkeiten bei der Radararchitektur: Warum wirkt sich die Strahlabtastung auf die Erkennungsleistung aus?
Im heutigen, sich schnell entwickelnden Technologiezeitalter ist Radartechnologie zu einem wichtigen Werkzeug für eine Vielzahl von Anwendungen geworden, die vom Flugverkehrsmanagement bis hin zu autonomen Fahrzeugen reichen. Die Radartechnik konzentriert sich auf das Design und die technischen Elemente, die sich auf die Objekterkennungsleistung auswirken, einschließlich der Radarchips, der variablen Strahlabtastmethoden und der Leistung seiner Komponenten.
Die Qualität der Architekturauswahl eines Radarsystems wirkt sich direkt auf seine Erkennungsfähigkeiten aus. Der Winkel des Ziels kann durch hochgerichtetes Strahlabtastradar erfasst werden, und die Erkundungsmethoden umfassen hauptsächlich elektronisches Scannen und mechanisches Scannen. Beim mechanischen Scannen werden in der Regel rotierende Antennen eingesetzt, beim elektronischen Scannen werden Phased-Array-Antennen verwendet, die höhere Scangeschwindigkeiten und einen flexibleren Betrieb ermöglichen.
Die Auswahl einer geeigneten Radararchitektur erfordert nicht nur die Berücksichtigung des verwendeten Sensors, sondern auch die Umgebung des Anwendungsszenarios und die erforderliche Leistung.
Bei elektronisch gescannten Arrays (ESA) liegen die Vorteile dieser Radartechnologie auf der Hand: Sie ermöglicht eine sofortige Strahlabtastung und die Möglichkeit, mehrere flexible Strahlen gleichzeitig zu betreiben, wodurch verschiedene Radarmodi gleichzeitig betrieben werden können. Seine Leistungsindikatoren wie die effektive isotrope Strahlungsleistung (EIRP) und die Empfangsverstärkung (GR/T) sind Schlüsselfaktoren für die Erkennung über große Entfernungen.
Zum Beispiel gibt es erhebliche architektonische Unterschiede zwischen aktiven elektronisch gescannten Arrays (AESA) und passiven elektronisch gescannten Arrays (PESA). Jede Antenne von AESA ist mit einem Halbleiter-Leistungsverstärkungsmodul verbunden, das eine hohe Leistung und hohe Zuverlässigkeit aufweist, aber auch relativ hohe Kosten verursacht. PESA hingegen verbindet alle Antennen mit einem einzigen Leistungsverstärkungsmodul. Obwohl die Implementierungskosten gering sind, sind die Anforderungen an Phasenwandler höher.
Im Hinblick auf die Strahlformung wirken sich Scanmethoden bei unterschiedlichen Frequenzen und Feldern (z. B. digitale, optische oder Hochfrequenzfelder) auf die Radarleistung aus.
Im Radarbetrieb kann das ausgesendete Signal kontinuierlich oder gepulst sein. Diese Auswahl wirkt sich nicht nur auf die Erkennungsreichweite aus, sondern bestimmt auch die Erkennungsauflösung des Radars. Frequenzmoduliertes Dauerstrichradar (FMCW) und Puls-Doppler-Radar (Puls-Doppler) haben ihre eigenen Vor- und Nachteile in der Erkennungsleistung. Ersteres eignet sich normalerweise für die Erkennung über kurze Entfernungen, während letzteres eher für die Erkennung über große Entfernungen geeignet ist.
Die Halbduplex-Eigenschaften des Puls-Doppler-Radars sorgen für eine bessere Isolierung zwischen Empfänger und Sender und erhöhen den Dynamikbereich des Empfängers. Gleichzeitig verwendet dieser Radartyp normalerweise eine Antenne zum Senden und Empfangen und FMCW-Radar erfordert eine separate Antenneneinrichtung. Ein solches Design bestimmt die Erkennungsfähigkeit und die betriebliche Flexibilität eines Radarsystems.
Darüber hinaus verbessert das Monopulsradar die Winkelgenauigkeit durch den Vergleich von Echos und hilft so, Ziele zu lokalisieren.
Bei der Erörterung der Radararchitektur muss auch die Anordnung von Senden und Empfang berücksichtigt werden, was die Abtastmethode des Strahls zu einem Schlüsselfaktor für die Erkennungsleistung macht. Beispielsweise sind bei Monostationsradaren Sender und Empfänger eng beieinander angeordnet, während Bistationsradare voneinander getrennt sind und eine präzise Zeitsynchronisation erfordern, um eine genaue Dateninterpretation sicherzustellen.
Die Plattformauswahl ist ebenfalls ein wichtiger Schritt bei der Bestimmung der Radarleistung. Radarsysteme können auf verschiedenen Plattformen installiert werden, beispielsweise in der Luft, auf See und am Boden. Jede Plattform hat unterschiedliche Auswirkungen auf das Hintergrundrauschen und das Rauschen des Radars, was wiederum die verwendete Strahlscantechnologie bestimmt und somit die endgültige Erkennungsleistung beeinflusst.
Angesichts sich ändernder Umgebungen und Anforderungen wirken sich auch die Betriebsfrequenz und das Ausbreitungsfenster des Radars auf die Wahl des Radardesigns aus. Unterschiedliche Frequenzen tragen dazu bei, die Leistung des Radarquerschnitts (RCS) zu optimieren. Dies ist ein weiterer kumulativer Faktor, der zu Unterschieden in der Leistung verschiedener Radargeräte beiträgt. Darüber hinaus variieren auch die Radarbetriebsmodi wie Suche, Verfolgung, Bodenkartierung usw. je nach Anwendung.
Im Allgemeinen sind die Auswahl der Radararchitektur und die Entscheidung über die Strahlabtastmethode vielschichtige und komplexe Prozesse. Dabei geht es nicht nur um technische Spezifikationen, sondern auch um ein tiefes Verständnis der Besonderheiten spezifischer Anwendungsanforderungen. Können geeignete architektonische Entscheidungen angesichts der künftigen Entwicklung der Radartechnologie tatsächlich eine optimale Erkennungsleistung erzielen?
